(1) 整磁合金を用いた全用紙幅対応 IH 定着技術
（採用機種：Panasonic WORKiO DP‑ C2635/2626/2121 シリーズ）
立松英樹、谷繁満
パナソニックコミュニケーションズ（株）イメージング開発センター
山田英明、立野史洋
パナソニックコミュニケーションズ（株）オフィスネットワークカンパニー
１．はじめに

今回、種々の用紙幅に対する対応性をさらに高める

近年、環境問題の重要性が高まる中、省エネルギーため、IH 方式の特長を生かし、キュリー点を定着温度機器への要望がますます高まっている。従来の複写+40℃に調整した鉄―ニッケル合金（整磁合金）を加熱機・複合機では、ウォームアップに時間がかかるため、ローラに用いることにより、ローラの過度の昇温を自装置待機時に定着器を保温しており、多くの待機電力動的に制御する方法を考案した。整磁合金では、加熱が消費されていた。2003 年にパナソニックは、ウォーローラの温度がキュリー点に到達すると、ローラが磁ムアップ時間を短縮するため急速加熱可能な電磁誘導性を失い電磁誘導による電流が発生しにくくなる。そ加熱（Induction Heating：IH）方式を用いたベルトのため昇温が自動的に止まり、非通紙部の過昇温を抑IH 定着器を開発することにより待機電力を削減し、ドえることができ、いかなるサイズの用紙であっても生キュメント機器の省エネ化を進めてきた。1)

産性を下げることなく連続プリントが可能となる。

定着器を急速加熱するためには定着器の低熱容量化

本 技 術 を 搭 載 し た カ ラ ー 複 合 機 WORKiOが必須であるが、従来の定着器では低熱容量化すると、

DP‑C2635/2626/2121 シリーズ(Fig.1、2006 年 11 月発

紙幅の狭い用紙での連続印字時に加熱ローラの非通紙表)では、ウォームアップ時間 15 秒の高速立ち上げを部が過度に昇温する弊害が発生していた。

達成しながら、業界で初めてあらゆる用紙幅に対応しそこで、2005 年 6 月に発表した DP‑C322 では、加熱ローラ内に配置した磁束制御機構により加熱幅を切り替えることで、使用頻度の高い 3 種の用紙幅について連続印字することが可能となった。
本稿ではこの整磁合金を用いた全用紙幅対応 IH 定着技術について説明する。

生産性を落とすことなく連続プリントを可能としてい２．新ベルト IH 定着器の構成た。2)

一般的に紙幅の狭い用紙を連続印字した場合、定着ローラの通紙部分は用紙に熱が奪われるが、非通紙部は蓄熱し過度に昇温する課題がある。特に、ウォームアップ時間を短縮するために定着ローラを低熱容量化
すると、紙幅方向（ローラ母線方向）の熱伝導が低下するためにこの課題がより顕著となる。
従来、過昇温対策としては、紙間を長くして冷却期間を設ける、あるいは印刷を一時休止して冷却しこの課題に対応してきたが、いずれの場合もプリント生産

Fig.1 Panasonic WORKiO DP‑C2635-1-性が低下する。熱源がハロゲンランプの定着器ではこの課題に対し、紙幅に対応した複数のランプを使い分が減少するため、ウォームアップ時間短縮にも効果がけ対策する方法が一般的である。IH 定着方式でも同様ある。に、(1)発熱範囲の異なる複数のコイルを用い、通紙部Table1 に、従来の磁束制御型 IH 定着器（WORKiO

幅のみ電磁誘導を引き起こす方法 3)や、(2)非通紙部のDP‑C322））と、今回開発した整磁合金型 IH 定着器

昇温を抑えるため非通紙部の磁路に磁束遮蔽板を挿入（WORKiO DP‑C2635）の仕様を比較する。

し、非通紙部の発熱を抑える方法 4)が開発されている。

整磁合金 IH 定着器では、すべての用紙幅において生しかし、いずれの場合も限られた数種の発熱領域を組産性を落とすことなく連続印字が可能である。たとえみ合わせて均温化する方法であり、規格外幅の用紙やば、従来の DP‑C322 では、A4 用紙は 32 枚／分の生産

A5 以下の小サイズ紙の連続プリントには対応できな性があるものの A5 用紙では 13 枚／分の生産性に低下かった。

していた。新開発の整磁合金 IH 定着器を搭載した

Fig.2 に、従来パナソニックで用いてきた磁束制御

DP‑C2635 では A5 用紙であっても A4 用紙と同じ 35 枚コア方式（Fig.2a）と今回開発した整磁方式（Fig.2b）／分の生産性を得ている。また DP‑C2635 は DP‑C322の構成を示す。に較べてプリント速度は速くなっているが、ウォーム

磁束制御コア方式では、非磁性ステンレスの加熱ロアップ時間は約 15 秒以内を維持している。

ーラ内に、フェライトローラと長さの異なる 2 種類のさらに構成部品も、インナコアとコアの切り替え機銅製磁束遮蔽板（厚さ 0.8mm）からなる磁束制御コア構や、異なる用紙幅外の温度検出に必要であったサーローラを配置し、その磁束遮蔽位置を切り替えることミスタの数も減らすことができた。

で、使用頻度の高い 3 種類の用紙幅において紙幅外の過度の昇温を防いでいた。

CoilFerrite

Heatingroller

Shield plate
Magnetic flux
Control core(a) Magnetic fluxcontrol core type(DP-C322)

Magnetic shunt alloy
heating roller(b) Magnetic shunt alloy type(DP-C2635)

Fig.2 Construction of two types of IH heating portion

Fig.2b に示す整磁合金方式は、従来の磁束制御コア方式とコイル部の構成はほぼ同じで、加熱ローラとそ

Table1 Specifications of DP-C322 and DP-C2635
DP-C322
DP-C2635
定着器
ｲﾝﾅｺｱ方式
整磁合金方式
ｶﾗｰ速度
21枚／分
26枚／分
ﾓﾉｸﾛ速度
32枚／分
35枚／分
ｳｫｰﾑｱｯﾌﾟ時間
約15秒
約15秒
連続印字対応用紙 ３種類
全種類
必要部品
SUSﾛｰﾗ
整磁合金ﾛｰﾗ
ｲﾝﾅｺｱ
遮蔽板
切り替え機構切り替えﾓｰﾀｰ
位置検出ｾﾝｻｻｰﾐｽﾀ
3個2個

３．自動温度制御の構成
3.1 定着器構成
Fig.3 に整磁合金型ベルト IH 定着器の概略図を示す。の内部構成が異なる。整磁合金方式は、加熱ローラの定着器構成は、従来のベルト IH 定着器の構成とほぼ同材質にキュリー点に達すると磁性を失う鉄−ニッケルじであり、加熱ローラ、定着ローラ、加圧ローラ、定合金を用い、内部には厚さ 1.0mm の無酸素銅性磁束遮着ベルトおよび IH コイルから構成されている。加熱ロ

蔽板を設けたシンプルな構成である。磁束遮蔽板はコーラと共に発熱する定着ベルトは、表面が PFA で構成イルの中央部と対向する形で固定されている。磁束制された銀粒子を含む導電層を持つ多層構成のポリイミ

御コアローラを無くすことで加熱ローラ全体の熱容量ドベルトである。

-2-

は、用紙が熱を奪うために加熱ローラ全体にさらに電Ferrite

Coil

力が供給され続ける。(Fig.4a)
一方、非通紙部では、用紙に熱が奪われないため加Shield plate

Magnetic shunt alloy
heating roller

Thermistor

熱ローラの温度はさらに昇温を続け、定着設定温度を超える。しかし、キュリー点に到達したローラ部は、その部分だけ磁性を失うために磁束が加熱ローラを突Fusing belt

き抜けはじめる(Fig.4b)。ローラを突き抜けた磁束は、

Toner

Fusing roller

低抵抗の銅からなる磁束遮蔽板に到達し、磁束遮蔽板内部に渦電流を発生させる。磁束遮蔽板に発生した渦Paper

Nip

電流はコイルからの磁束を打ち消す方向の磁束を発生するため、非通紙部の加熱ローラは自動的に発熱しな

Pressure rollerくなる。

Fig.3 Construction of IH fusing system

整磁合金ローラ内に磁束遮蔽板を配置しない構成で

IH コイルに高周波電流を流すと交番磁界が誘起さも整磁作用は現れるが、磁束遮蔽板を用いた方が、非れる。この磁界により磁性を有する整磁合金製の加熱通紙部の温度上昇をよりシャープに抑えることが可能

ローラと IH コイルと加熱ローラの間に挟まれた導電になる。

性の発熱ベルトとに渦電流が発生し、加熱ローラと発熱ベルトとが発熱する。昇温したベルト部位は回転と3.3 整磁合金の厚みと整磁作用

ともに定着ローラと加圧ローラで形成されるニップ部

加熱ローラの昇温にともなう整磁作用の変化を調べに移動する。ニップ部を通過する用紙上のトナーはベるため、加熱ローラ内にサーチコイルを設置した。サルトの熱と圧力により用紙に定着される。

ーチコイルにはリッツ線を軸方向に 2 ターンさせたものを用いた。加熱ローラの温度が上昇し整磁合金の透3.2 整磁合金ローラの磁気特性変化

磁率が低下すると、しだいに加熱ローラ内に漏れる磁Fig.4 に整磁合金のキュリー点近傍での透磁率の変束が増加する。加熱ローラ内に漏れた磁束がサーチコ化を示す。用いた整磁合金は、キュリー点を定着設定

イルを通過するとコイルに起電力が発生するため、加温度より約 40℃高く設定した。

熱ローラの温度変化とサーチコイルの起電力の関係を

加熱ローラを加熱しはじめると、加熱ローラは強い測定した。

磁性を有するため定着設定温度まで速やかに電磁誘導ラの温度とサーチコイルの起電力の関係を Fig.5 に141215Coil voltage(V)
コイル両端電圧（V）

relative magnetic permeabilityで昇温する。ここで通紙を開始すると用紙幅範囲内でキュリー点を 200℃に調整した整磁合金製加熱ロー

10(b) Non-heating
5(a) Heating

t=0.2
t=0.25t=0.31086420200

Curie point

0Temperature

Fig.4 Magnetic characteristic of magnetic shunt alloy-3-50100150200250

パイプ温度（℃）

Temperature of heating roller（℃）

Fig.5 Temperature of Heating roller v.s. Coil voltage示す。整磁合金加熱ローラには、厚さ 0.2mm、0.25mm、0.3mm の 3 種類のものを用いた。

る劣化を起こさない温度範囲である。
整磁合金のキュリー点を定着設定温度そのものに合整磁合金を用いた加熱ローラでは、ローラ温度が上わせて調整し、定着ローラが自己温度制御し定着温度昇するとともに漏れ磁束が多くなりサーチコイルの起制御不要の構成も試みた。その場合、Fig.5 からもわ電力が上昇し、キュリー点近傍で急激に増加しそれ以かるように、キュリー点近傍から次第に漏れ磁束が増上では飽和する。

え出すために加熱効率が低下し、定着温度に到達する

加熱ローラの厚みは、0.2〜0.3mm の範囲では厚い方までのウォームアップ時間が長くなる。整磁作用を非が低温域での漏れ磁束が少なくなることがわかる。ま通紙部の温度設定に応用することにより、急峻なウォたキュリー点近傍からの変化がより急峻になるため、ームアップの省エネ性能を保ちながら全幅用紙対応が厚い方が望ましい。

可能になった。

3.4 加熱ローラ仕様

４．シミュレーションと実験結果

この整磁作用の変化特性からは、加熱ローラの厚みFig.7 に A4 紙の縦連続通紙時の発熱シミュレーショは厚い方が望ましい。しかし、ローラの厚みを増やすン結果を示す。ベルト中央部は定着設定温度に維持さと熱容量が増すためウォームアップ時間が長くなる。

れ、非通紙部は過昇温している状態の、定着ベルトのFig.6 にローラ厚とウォームアップ時間の関係を示す。

左半分における加熱量の計算結果を示している。

Warm-up time(s)1716154of a Aeed artsi
Ou intingPr

14
1312inint
Prga

rea

11100.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Thickness(mm)Fig.6 Relationship between roller thickness and warm-up time

Fig.7 Simulation of heat generation in fusing belt

ウォームアップ時間は、ローラ厚が 0.3mm から 0.2mm

中央部（図右側）が通紙部であり、磁性を維持したにかけて薄くなるにともない短くなるが、0.18mm では状態のため赤く加熱されている。ベルト端部（図左側）

逆に長くなる。これは、0.3mm から 0.2mm までの間では非通紙部であり、磁性が小さくなっても加熱量は 0は、加熱ローラの厚みを薄くすることによる IH 加熱効にはならないが、中央部に比べて加熱量が少なくなる率の低下よりも、加熱ローラの熱容量低減効果のほうことがわかる。

が大きいためである。しかし、さらに 0.18mm まで薄くすると、加熱ローラが磁気飽和するために、電磁誘導

Fig.8 に種々の幅の用紙を連続 200 枚印字した後のによる加熱効率が低下し、熱容量減少の効果が打ち消定着ベルトの温度分布を示す。いずれの用紙幅においされるためと考えられる。この結果から、整磁合金加ても、非通紙部の温度上昇は 190℃以下に抑えられて熱ローラの厚さは 0.2mm とした。

いることがわかる。これにより、あらゆる用紙幅に対整磁合金はキュリー点が定着設定温度+40℃以内に応して整磁合金加熱ローラが自動的に自己温度制御しなるように鉄とニッケルの成分を調整している。この

過昇温を防ぎ、生産性を低下させることなく連続プリ定着温度+40℃以内という設定は、定着ベルトが熱によントすることが可能となった。

-4-Temperature（℃）

200
180

Postcard
A5R
A4R
B4A3160
Post card
140

A5R
A4R120

B4A3100-15-10-50050100

150

Belt position (mm)Fig.8 Thermal uniformity for various paper sizes

５．まとめ
加熱ローラに整磁合金を用いた全用紙幅対応 IH 定着技術を開発した。これにより、従来機の特徴であるウォームアップ時間 15 秒を維持したうえで、全ての用紙幅において、フルスペックの連続印字を行うことが可能となった。本技術を搭載した DP‑C2635 では、トップレベルの省エネ性能と高生産性の両立が可能となった。

参考文献
1．醒井：Panasonic WARKiO KX‑CL500,日本画像学会
誌,42(4),76‑82 (2003).
2．安田, 谷, 立松, 馬場, 醒井：カラーIH 定着器の加熱幅制御技術, Japan Hardcopy 2005 Fall Meeting,
9‑12 (2005).
3．木野内, 高木：複数のコイルを用いた誘導加熱定着装置, Japan Hardcopy 2003 論文集, 45‑48 (2003).
4．浪, 陣在, 山本：高速複写機における電磁誘導加熱
定着方法, Imaging Conference JAPAN 2006 論文集,
7‑10 (2006).

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禁無断転載2007 年度
ビジネス機器関連技術調査報告書(発行Ⅲ―３部)

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